Celfysiologie
Hoofdstuk 2 – Diffusie en Permeabiliteit
2.1 De wet van Fick
2.1.1 Lineaire concentratiegradiënten
De flux = beweging van opgeloste stoffen.
Deze flux gebeurt altijd van een gebied met hoge concentratie naar een gebied met lage concentratie,
dus het gaat met de concentratiegradiënt van de stof mee.
Bij de eerste grafiek ziet men een toename van de concentratie met de afstand: naarmate de afstand
toeneemt, neemt de concentratie evenredig toe. Dit resulteert in C/x > 0.
Echter, de flux gaat altijd van een hoge concentratie naar een lage concentratie, waardoor de flux de
tegengestelde richting opgaat als de concentratiegradiënt. Dit resulteert in J<0.
Bij de tweede grafiek ziet men een afname van de concentratie met de afstand: naarmate de afstand
toeneemt, neemt de concentratie evenredig af. Dit resulteert in C/x < 0.
Zoals men weet gaat de flux naar een gebied met lagere concentratie, waardoor de flux in dit geval
dezelfde richting opgaat als de concentratiegradiënt. Dit resulteert in J>0.
1
,2.1.2 Diffusie over een membraan
Diffusie over een membraan wordt gedreven door het verschil tussen de concentratie buiten en
binnen de cel, maar de permeabiliteit van de opgeloste stof speelt ook een belangrijke rol.
Lipofiele stoffen hebben een hoge permeabiliteit (blauw), omdat ze goed oplosbaar zijn in vetrijke
omstandigheden en daarom goed doorheen het membraan kunnen.
Deze stoffen hebben een partitiecoëfficiënt groter dan 1.
Hydrofiele stoffen hebben een lage permeabiliteit (geel/groen), omdat ze goed oplosbaar zijn in
waterrijke omstandigheden en daarom slecht (groen) of niet (geel) doorheen het membraan kunnen.
Deze stoffen hebben een partitiecoëfficiënt kleiner dan 1.
In deze grafiek wordt de diffusie van een stof voorgesteld die even oplosbaar is in hydrofiele als
lipofiele omstandigheden. Dit betekent dat de concentratiegradiënt binnen en buiten de cel even
groot is als binnen het membraan.
2
,In deze grafiek wordt de diffusie van een lipofiele stof over een membraan weergegeven.
Hierbij is te zien dat de concentratiegradiënt binnen en buiten de cel (90mM) kleiner is dan de
concentratiegradiënt in het membraan (126mM). Dit komt doordat de stof beter oplosbaar is in het
lipofiele membraan dan in de hydrofiele intra- en extracellulaire zijde van de cel.
Het gevolg van de lipofiliceit van deze stof is dat de flux van deze stof groter zal zijn dan die van de
stof waarvan de partitiecoëfficiënt gelijk is aan 1.
In deze grafiek wordt de diffusie van een hydrofiele stof over een membraan weergegeven.
Hierbij is te zien dat de concentratiegradiënt binnen en buiten de cel (90mM) groter is dan de
concentratiegradiënt in het membraan (36mM). Dit valt te verklaren door het feit dat de stof beter
oplosbaar is in de hydrofiele intra- en extracellulaire ruimte van de cel dan in het lipofiele membraan.
Het gevolg van de hydrofiliciteit van de stof is dat de flux ervan kleiner is dan de flux van de stof met
partitiecoëfficiënt gelijk aan 1.
3
, 2.2 Essentiële aspecten van diffusie
2.2.1 Kwadratisch gemiddelde afstand
Diffusie verloopt niet evenredig met de tijd, maar is evenredig met de wortelfunctie van de tijd. Dit
betekent dat een verdubbeling van de afstand resulteert in factor 4 van de tijd.
Het gevolg daarvan is dat diffusie enkel efficiënt is over heel kleine afstanden.
2.2.2 Tijdsconstante tau
De tijdsconstante tau is de tijdsduur nodig om tot 37% van de initiële concentratie te vallen, wat
overeenkomt met 1/3 van de initiële concentratie. Daarom staat er een negatief teken in de formule:
er verdwijnt een gradiënt in plaats van dat er één opgebouwd wordt.
Deze tijdsconstante neemt toe met afnemende permeabiliteit, omdat het dan langer duurt om
doorheen het membraan te diffunderen. Dus hoe permeabeler de stof is, des te steiler de curve.
Tau is omgekeerd evenredig met de snelheidsconstante k: hoe sneller de stof doorheen het
membraan diffundeert, des te minder lang het zal duren vooraleer 63% van de stof gediffundeerd is
doorheen het membraan.
4
Hoofdstuk 2 – Diffusie en Permeabiliteit
2.1 De wet van Fick
2.1.1 Lineaire concentratiegradiënten
De flux = beweging van opgeloste stoffen.
Deze flux gebeurt altijd van een gebied met hoge concentratie naar een gebied met lage concentratie,
dus het gaat met de concentratiegradiënt van de stof mee.
Bij de eerste grafiek ziet men een toename van de concentratie met de afstand: naarmate de afstand
toeneemt, neemt de concentratie evenredig toe. Dit resulteert in C/x > 0.
Echter, de flux gaat altijd van een hoge concentratie naar een lage concentratie, waardoor de flux de
tegengestelde richting opgaat als de concentratiegradiënt. Dit resulteert in J<0.
Bij de tweede grafiek ziet men een afname van de concentratie met de afstand: naarmate de afstand
toeneemt, neemt de concentratie evenredig af. Dit resulteert in C/x < 0.
Zoals men weet gaat de flux naar een gebied met lagere concentratie, waardoor de flux in dit geval
dezelfde richting opgaat als de concentratiegradiënt. Dit resulteert in J>0.
1
,2.1.2 Diffusie over een membraan
Diffusie over een membraan wordt gedreven door het verschil tussen de concentratie buiten en
binnen de cel, maar de permeabiliteit van de opgeloste stof speelt ook een belangrijke rol.
Lipofiele stoffen hebben een hoge permeabiliteit (blauw), omdat ze goed oplosbaar zijn in vetrijke
omstandigheden en daarom goed doorheen het membraan kunnen.
Deze stoffen hebben een partitiecoëfficiënt groter dan 1.
Hydrofiele stoffen hebben een lage permeabiliteit (geel/groen), omdat ze goed oplosbaar zijn in
waterrijke omstandigheden en daarom slecht (groen) of niet (geel) doorheen het membraan kunnen.
Deze stoffen hebben een partitiecoëfficiënt kleiner dan 1.
In deze grafiek wordt de diffusie van een stof voorgesteld die even oplosbaar is in hydrofiele als
lipofiele omstandigheden. Dit betekent dat de concentratiegradiënt binnen en buiten de cel even
groot is als binnen het membraan.
2
,In deze grafiek wordt de diffusie van een lipofiele stof over een membraan weergegeven.
Hierbij is te zien dat de concentratiegradiënt binnen en buiten de cel (90mM) kleiner is dan de
concentratiegradiënt in het membraan (126mM). Dit komt doordat de stof beter oplosbaar is in het
lipofiele membraan dan in de hydrofiele intra- en extracellulaire zijde van de cel.
Het gevolg van de lipofiliceit van deze stof is dat de flux van deze stof groter zal zijn dan die van de
stof waarvan de partitiecoëfficiënt gelijk is aan 1.
In deze grafiek wordt de diffusie van een hydrofiele stof over een membraan weergegeven.
Hierbij is te zien dat de concentratiegradiënt binnen en buiten de cel (90mM) groter is dan de
concentratiegradiënt in het membraan (36mM). Dit valt te verklaren door het feit dat de stof beter
oplosbaar is in de hydrofiele intra- en extracellulaire ruimte van de cel dan in het lipofiele membraan.
Het gevolg van de hydrofiliciteit van de stof is dat de flux ervan kleiner is dan de flux van de stof met
partitiecoëfficiënt gelijk aan 1.
3
, 2.2 Essentiële aspecten van diffusie
2.2.1 Kwadratisch gemiddelde afstand
Diffusie verloopt niet evenredig met de tijd, maar is evenredig met de wortelfunctie van de tijd. Dit
betekent dat een verdubbeling van de afstand resulteert in factor 4 van de tijd.
Het gevolg daarvan is dat diffusie enkel efficiënt is over heel kleine afstanden.
2.2.2 Tijdsconstante tau
De tijdsconstante tau is de tijdsduur nodig om tot 37% van de initiële concentratie te vallen, wat
overeenkomt met 1/3 van de initiële concentratie. Daarom staat er een negatief teken in de formule:
er verdwijnt een gradiënt in plaats van dat er één opgebouwd wordt.
Deze tijdsconstante neemt toe met afnemende permeabiliteit, omdat het dan langer duurt om
doorheen het membraan te diffunderen. Dus hoe permeabeler de stof is, des te steiler de curve.
Tau is omgekeerd evenredig met de snelheidsconstante k: hoe sneller de stof doorheen het
membraan diffundeert, des te minder lang het zal duren vooraleer 63% van de stof gediffundeerd is
doorheen het membraan.
4
